WO2022210243A1

WO2022210243A1 - パラレルリンクロボット

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Publication number: WO2022210243A1
Application number: PCT/JP2022/013869
Authority: WO
Inventors: 鴻之助菅澤
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2022-03-24
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: JPWO2022210243A1; US20240227171A9; TW202237352A; DE112022000669T5; US20240131692A1; US12220815B2; JP7708846B2; CN117042934A

Abstract

ベース部と、可動部材（３）と、ベース部と可動部材とを並列に接続する複数のアームとを備え、各アームが、ベース部に設置されたモータによって回転駆動される駆動リンク（１０），（１１），（１２）と、駆動リンクと可動部材とを連結する２本の平行な受動リンク（１３），（１４），（１５）と、各受動リンクと駆動リンクとの間および各受動リンクと可動部材との間に配置されるボールジョイント（１６）と、各ボールジョイントを駆動リンクまたは可動部材に着脱可能に取り付ける取付機構とを備え、各ボールジョイントが、ボール（１７）と、ボールに一体的に設けられた固定部（１８）とを備え、少なくとも一方の取付機構が、固定部に設けられた第１ネジ孔（２１）と、駆動リンクまたは可動部材に設けられた第２貫通孔（２９），（３２）と、第２貫通孔を貫通して第１ネジ孔に締結されるネジ部材（３０）とを備えるパラレルリンクロボットである。

Description

パラレルリンクロボット

　本開示は、パラレルリンクロボットに関するものである。

　基礎部と可動部とを並列に連結する３つのアームを備え、各アームが、モータによって駆動される駆動リンクと、駆動リンクと可動部とを連結する平行な２本一対の受動リンクとを備えるパラレルリンクロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　駆動リンクと２本の受動リンクとの間、および２本の受動リンクと可動部との間は、それぞれボールジョイントによって回転可能に連結されている。

　各アームの２本の受動リンクは、駆動リンクおよび可動部を、駆動リンクの回転軸線に平行な軸線方向の両側面から挟む位置に配置されている。駆動リンクおよび可動部の上記軸線方向の両側面には、当該軸線方向に沿ってネジ孔が設けられており、ネジ孔に、ボールジョイントのボールに固定された雄ネジが締結されることにより、ボールジョイントが固定されている。

特開２０１９－１１９０１７号公報

　ボールジョイントを交換するには、雄ネジを回転させてネジ孔との締結を緩める必要がり、ボールジョイントが、駆動リンクの回転軸線に平行な軸線に沿って移動させられる。このため、ボールジョイントを駆動リンクあるいは可動部から取り外すには、２本の受動リンクの間隔を広げる方向に移動させる必要がある。

　各アームの２本の受動リンクには、高速動作に関わらず受動リンクを平行な状態に維持するために、２本の受動リンクに掛け渡され、受動リンクの長手軸に直交する軸線回りに回転可能に受動リンクに取り付けられるサポートリンクが設けられる場合がある。この場合には、ボールジョイントを交換する際に、サポートリンクを受動リンクから分解する必要があり作業が大掛かりになる。したがって、２本の受動リンクの間隔を広げる方向に移動させずにボールジョイントを交換できることが望まれている。

　本開示の一態様は、ベース部と、該ベース部に対して間隔をあけて配置される可動部材と、前記ベース部と前記可動部材とを並列に接続する複数のアームとを備え、各該アームが、前記ベース部に設置されたモータによって回転駆動される駆動リンクと、該駆動リンクと前記可動部材とを連結する２本の平行な受動リンクと、各該受動リンクと前記駆動リンクとの間および各前記受動リンクと前記可動部材との間に配置されるボールジョイントと、各該ボールジョイントを前記駆動リンクまたは前記可動部材に着脱可能に取り付ける取付機構とを備え、各前記ボールジョイントが、ボールと、該ボールに一体的に設けられた固定部とを備え、各前記アームの各前記受動リンクと前記駆動リンクとの間および各前記受動リンクと前記可動部材との間の少なくとも一方の前記取付機構が、前記固定部に設けられた第１ネジ孔または第１貫通孔と、前記駆動リンクまたは前記可動部材に設けられた第２貫通孔または第２ネジ孔と、前記第１貫通孔を貫通して前記第２ネジ孔に締結、または、前記第２貫通孔を貫通して前記第１ネジ孔に締結されるネジ部材とを備えるパラレルリンクロボットである。

本開示の一実施形態に係るパラレルリンクロボットを示す正面図である。図１のパラレルリンクロボットの受動リンク、駆動リンクおよび可動部材を示す一部を破断した正面図である。図１のパラレルリンクロボットに備えられるサポートリンクを示す縦断面図である。図２の受動リンクと駆動リンクとの間のボールジョイントの交換手順を示す一部を破断した正面図である。図４のボールジョイントを交換する作業において、駆動リンクから受動リンクを取り外した状態を示す一部を破断した正面図である。図１のパラレルリンクロボットの第１の変形例を示す一部を破断した正面図である。図１のパラレルリンクロボットの第２の変形例を示す一部を破断した正面図である。図１のパラレルリンクロボットの第３の変形例を示す一部を破断した正面図である。図１のパラレルリンクロボットの第４の変形例を示す一部を破断した正面図である。

　本開示の第１の実施形態に係るパラレルリンクロボット１について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係るパラレルリンクロボット１は、図１に示されるように、天井あるいは架台に固定されるベース部２と、ベース部２の下方に間隔をあけて配置される可動部材３と、ベース部２と可動部材３とを並列に接続する３本のアーム４，５，６とを備えている。

　ベース部２には、３本のアーム４，５，６をそれぞれ駆動するための３つのサーボモータ（モータ）７，８，９が設置されている。
　各アーム４，５，６は、各サーボモータ７，８，９によって水平な回転軸線Ａ回りに回転駆動される駆動リンク１０，１１，１２と、駆動リンク１０，１１，１２と可動部材３とを連結する２本の平行な棒状の受動リンク１３，１４，１５とを備えている。３つの駆動リンク１０，１１，１２は、ベース部２の中心を鉛直方向に延びる中心軸線Ｂ回りに等間隔に配置されている。

　各受動リンク１３，１４，１５の両端には、図２に示されるように、受動リンク１３，１４，１５を駆動リンク１０，１１，１２および可動部材３に回転可能に連結するボールジョイント１６が取り付けられている。ボールジョイント１６は、ボールスタッド１９と、ソケット２０とを備えている。ボールスタッド１９は、ボール１７と、ボール１７の外面から径方向外方に延びる丸棒状のスタッド（固定部）１８とを備えている。ソケット２０は、ボール１７の外周面を部分的に覆う内球面１６ａを備え、ボール１７を中心点回りに移動可能に支持している。ソケット２０内においてボール１７を中心点回りに回転させることにより、スタッド１８を任意の傾斜方向に傾けることができる。

　図２に示す例では、受動リンク１３，１４，１５の両端にソケット２０が固定され、ボールスタッド１９が、受動リンク１３，１４，１５の長手軸に直交する方向を中心とした所定角度範囲内において、受動リンク１３，１４，１５に対して回転可能に支持されている。
　スタッド１８の端面には、スタッド１８の軸方向に沿ってネジ孔（第１ネジ孔）２１が設けられている。

　各アーム４，５，６の２本の受動リンク１３，１４，１５の間には、図２および図３に示されるように、サポートリンク２２が掛け渡されている。サポートリンク２２は、２つの受動リンク１３，１４，１５を径方向に挟んだ両側に配置される２枚のサポートプレート２３と、受動リンク１３，１４，１５に固定されたシャフト２４に、各サポートプレート２３を受動リンク１３，１４，１５の長手軸に直交する軸線Ｃ回りに回転可能に取り付けるベアリング２５とを備えている。
　図中、符号２６は、ベアリング２５に予圧を与えるために適正な長さに調整されたスペーサ、符号２７は、スペーサ２６を２つのサポートプレート２３間に取り付けるボルトである。

　サポートリンク２２は、駆動リンク１０，１１，１２に対する２本の受動リンク１３，１４，１５の回転に応じて、受動リンク１３，１４，１５に対して回転する。したがって、受動リンク１３，１４，１５が、駆動リンク１０，１１，１２に対して激しい加減速で回転させられても、各アーム４，５，６の２本の受動リンク１３，１４，１５を平行に維持することができる。

　図１および図２に示されるように、各駆動リンク１０，１１，１２には、受動リンク１３，１４，１５を取り付ける位置に、回転軸線Ａに直交する平面に沿って延びる２つの板状の取付部２８が、回転軸線Ａ方向に間隔をあけて設けられている。図２に示されるように、各取付部２８には、回転軸線Ａに平行に、同軸に延びる貫通孔（第２貫通孔）２９がそれぞれ設けられている。２つの取付部２８の外側面どうしの間隔は、２本の受動リンク１３，１４，１５に取り付けられているボールスタッド１９の長手軸を一直線上に配置したときのボールスタッド１９の端面どうしの間隔に等しく設定されている。

　各駆動リンク１０，１１，１２と、受動リンク１３，１４，１５に取り付けられているボールスタッド１９とは、駆動リンク１０，１１，１２の取付部２８の貫通孔２９に内側面側から貫通させたボルト部材（ネジ部材）３０を、ボールスタッド１９のネジ孔２１に締結することにより固定されている。ボルト部材３０は、一端の雄ネジ３０ａと他端の頭部３０ｂとの間に、取付部２８の貫通孔２９に嵌合する嵌合部３０ｃを備えている。これにより、ボールスタッド１９を駆動リンク１０，１１，１２の取付部２８に位置決めされた状態に固定することができる。

　可動部材３には、図２に示されるように、３組６本（内２本を図２に表示。）の受動リンク１３，１４，１５を取り付ける位置に、外周面から径方向外方に中心軸Ｄに平行な平面に沿って延びる３組６箇所（内２箇所を図２に表示。）の板状の取付部３１が設けられている。各組の２箇所の取付部３１は、中心軸Ｄ回りの接線方向に間隔をあけて平行に配置され、接線方向に同軸に延びる貫通孔（第２貫通孔）３２をそれぞれ備えている。

　また、２つの取付部３１の外側面どうしの間隔も、２本の受動リンク１３，１４，１５に取り付けられているボールスタッド１９の長手軸を一直線上に配置したときのボールスタッド１９の端面どうしの間隔に等しく設定されている。本実施形態においては、スタッド１８に設けられた第１ネジ孔２１と、駆動リンク１０，１１，１２または可動部材３の取付部２８，３１に設けられた第２貫通孔２９，３２と、第２貫通孔２９，３２を貫通して第１ネジ孔２１に締結されるボルト部材３０とにより取付機構を構成している。

　可動部材３と、受動リンク１３，１４，１５に取り付けられているボールスタッド１９とは、可動部材３の取付部３１の貫通孔３２に貫通させたボルト部材３０を、ボールスタッド１９のネジ孔２１に締結することにより固定される。ボルト部材３０は、一端の雄ネジ３０ａと他端の頭部３０ｂとの間に、取付部３１の貫通孔３２に嵌合する嵌合部３０ｃを備えている。これにより、ボールスタッド１９を可動部材３の取付部３１に位置決めされた状態に固定することができる。

　このように構成された本実施形態に係るパラレルリンクロボット１の作用について以下に説明する。
　本実施形態に係るパラレルリンクロボット１によれば、３つのサーボモータ７，８，９を同期して駆動することにより、可動部材３を、水平な姿勢に保持させつつ、所望の３次元位置に並進移動させることができる。

　パラレルリンクロボット１は可動部材３を高速移動させるため、駆動リンク１０，１１，１２と受動リンク１３，１４，１５および受動リンク１３，１４，１５と可動部材３とを連結しているボールジョイント１６は頻繁に繰り返し回転させられる。したがって、ボールジョイント１６の状態を定期的に確認し、摩耗等している場合には交換するなどの保守を実施する必要がある。

　本実施形態によれば、受動リンク１３，１４，１５と駆動リンク１０，１１，１２とを連結するボールジョイント１６を交換するには、まず、図４に示されるように、２本の受動リンク１３，１４，１５のボールジョイント１６のボールスタッド１９のネジ孔２１に締結されているボルト部材３０の締結を緩め、ボルト部材３０を取り外す。
　ボルト部材３０の取り外しの際には、ボルト部材３０を駆動リンク１０，１１，１２の取付部２８の内側面側に抜き出す方向に移動させて取り外すので、２つのボールスタッド１９のボール１７間隔を変化させずにボルト部材３０を取り外すことができる。

　ボルト部材３０が貫通孔２９から抜き出された後に、図５に示されるように、駆動リンク１０，１１、１２と受動リンク１３，１４，１５とを取付部２８の外側面に沿う矢印Ａの方向に相対移動させることにより、駆動リンク１０，１１，１２と受動リンク１３，１４，１５とを分離することができる。そして、駆動リンク１０，１１，１２から分離された状態で、受動リンク１３，１４，１５の端部からボールジョイント１６を容易に取り外すことができ、新たなボールジョイント１６に交換することができる。

　次いで、上記とは逆の手順で、２つの受動リンク１３，１４，１５に取り付けた新たなボールジョイント１６のスタッド１８の長手軸を同一軸線上に配置するようボールスタッド１９を配置した状態で、ボールスタッド１９の端面間に矢印Ｂの方向に駆動リンク１０，１１，１２の取付部２８を挿入する。そして、２つの取付部２８の貫通孔２９を貫通させたボルト部材３０の雄ネジ３０ａを２つのボールスタッド１９のネジ孔２１にそれぞれ締結する。これにより、ボールスタッド１９の交換作業が完了する。

　このように、本実施形態に係るパラレルリンクロボット１によれば、駆動リンク１０，１１，１２と２つの受動リンク１３，１４，１５とを連結しているボールジョイント１６を交換する際に、交換しようとする２つのボールジョイント１６のボール１７間隔を変更せずに済む。駆動リンク１０，１１，１２と２つの受動リンク１３，１４，１５とを連結している２つのボールジョイント１６のボール１７間隔は、サポートリンク２２および可動部材３と２つの受動リンク１３，１４，１５とを連結している２つのボールジョイント１６によって固定されている。交換に際してボール１７間隔を変更しないので、サポートリンク２２を分解したり、可動部材３と受動リンク１３，１４，１５との連結を取り外したりする大掛かりな作業を伴わずにボールジョイント１６を交換することができる。

　特に、サポートリンク２２を構成している２枚のサポートプレート２３が接着剤によって強固に固定されている場合には、サポートリンク２２を分解するために接着を剥がす必要があり、サポートリンク２２を分解する作業はより困難になる。本実施形態によれば、サポートリンク２２を分解せずにボールジョイント１６を交換するので、作業に要する時間を大幅に削減することができるという利点がある。

　また、可動部材３と受動リンク１３，１４，１５とを連結しているボールジョイント１６のボール１７間隔は、サポートリンク２２および駆動リンク１０，１１，１２と２つの受動リンク１３，１４，１５とを連結している２つのボールジョイント１６によって固定されている。したがって、可動部材３と受動リンク１３，１４，１５との間のボールジョイント１６を交換等する際にも、駆動リンク１０，１１，１２と受動リンク１３，１４，１５との間のボールジョイント１６と同様にして、大掛かりな作業なしに、容易に交換等することができる。

　また、本実施形態に係るパラレルリンクロボット１によれば、一対の受動リンク１３，１４，１５と、受動リンク１３，１４，１５の両端に取り付けられたボールジョイント１６と、受動リンク１３，１４，１５に取り付けられたサポートリンク２２とを受動リンクユニット（ユニット）として取り扱うことができる。
　すなわち、受動リンクユニットとして製造し、管理しておくことができ、保守作業のみならず、組み立て作業も容易にすることができるという利点がある。

　なお、本実施形態においては、ボールスタッド１９を駆動リンク１０，１１，１２あるいは可動部材３に位置決め状態に固定するために、駆動リンク１０，１１，１２あるいは可動部材３に設けた取付部２８，３１の貫通孔２９，３２に、ボールスタッド１９のネジ孔２１に締結されるボルト部材３０の嵌合部３０ｃを嵌合させた。これに代えて、図６に示されるように、ボールスタッド１９のスタッド１８にネジ孔２１に平行にピン孔３３を設け、取付部２８，３１に、貫通孔２９，３２に平行にピン孔３４を設けてもよい。これにより、スタッド１８のピン孔３３と取付部２８，３１のピン孔３４とに嵌合されるピン３５によって位置決めした状態で、貫通孔２９，３２を貫通させた、嵌合部３０ｃを有しない一般的なボルト３０をスタッド１８のネジ孔２１に締結し、ボールスタッド１９を駆動リンク１０，１１，１２あるいは可動部材３に固定することができる。

　また、スタッド１８の端面間に駆動リンク１０，１１，１２あるいは可動部材３の取付部３１を挿入することに代えて、図７に示されるように、スタッド１８を平板状に構成し、駆動リンク１０，１１，１２あるいは可動部材３をスタッド１８の板厚方向に重ねた状態で固定してもよい。図に示す例では、スタッド１８には、板厚方向に貫通する貫通孔（第１貫通孔）３６および貫通孔３６に平行なピン孔３７を設け、駆動リンク１０，１１，１２には、回転軸線Ａに平行な平板状の取付部２８に、板厚方向に延びるネジ孔（第２ネジ孔）３８およびピン孔３９を設けている。

　そして、スタッド１８のピン孔３７と取付部２８のピン孔３９とに嵌合されるピン４０によって位置決めした状態で、貫通孔３６を貫通させたボルト３０を取付部２８のネジ孔３８に締結し、ボールスタッド１９を駆動リンク１０，１１，１２あるいは可動部材３に固定することができる。この場合、固定部であるスタッド１８に設けられた第１貫通孔３６と、駆動リンク１０，１１，１２または可動部材３の取付部２８，３１に設けられた第２ネジ孔３８と、第１貫通孔３６を貫通して第２ネジ孔３８に締結されるボルト部材３０とにより取付機構を構成している。

　また、パラレルリンクロボット１が３つのアーム４，５，６を備えることとしたが、これに代えて、２以上の任意の数のアームを備えていてもよい。
　また、駆動リンク１０，１１，１２と受動リンク１３，１４，１５を連結するボールジョイント１６および可動部材３と受動リンク１３，１４，１５とを連結するボールジョイント１６が同等の構造を有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、いずれか一方のみに採用してもよい。

　また、上述した各実施形態においては、スタッド１８がネジ孔２１または貫通孔３６を有する場合を示したが、図８に示されるように、雄ねじ４１を有するスタッド１８と、スタッド１８の雄ねじ４１を締結するネジ孔４２を有するアダプタ４３とを備える構造を採用してもよい。この場合には、スタッド１８およびアダプタ４３が固定部となり、アダプタ４３に、貫通孔（第１貫通孔）４４およびピン孔４５が設けられていればよい。

　また、上記各実施形態においては、各受動リンク１３，１４，１５に取り付けるボールジョイント１６のスタッド１８を受動リンク１３，１４，１５毎に別個に設けた。これに代えて、図９に示されるように、対となるボールジョイント１６として、２つのボール１７と、２つのボール１７間を連結する一体のスタッド（固定部）４６とを備える構造を採用してもよい。この場合には、スタッド４６に１つ以上の貫通孔（第１貫通孔）４７あるいはネジ孔（第１ネジ孔、図示略）および１つ以上のピン孔４８を設ける。この場合にも、サポートリンク２２を分解することなく、ボールジョイント１６を含む受動リンクユニットを駆動リンク１０，１１，１２および可動部材３から取り外すことができる。

　したがって、ソケット２０を受動リンク１３，１４，１５の長手軸回りに回転させることなく受動リンク１３，１４，１５から長手軸方向に取り外す構造を採用すれば、２つのボールジョイント１６と単一のスタッド１８との組立体単位で交換することができる。あるいは、受動リンクユニットごと交換することによりボールジョイント１６を交換することができる。

　１　パラレルリンクロボット
　２　ベース部
　３　可動部材
　４，５，６　アーム
　７，８，９　サーボモータ（モータ）
　１０，１１，１２　駆動リンク
　１３，１４，１５　受動リンク
　１６　ボールジョイント
　１７　ボール
　１８，４６　スタッド（固定部）
　２１　ネジ孔（第１ネジ孔）
　２２　サポートリンク
　２９，３２　貫通孔（第２貫通孔）
　３０　ボルト部材（ネジ部材）
　３６，４４，４７　貫通孔（第１貫通孔）
　３８　ネジ孔（第２ネジ孔）
　４３　アダプタ（固定部）
　Ｃ　軸線

Claims

　ベース部と、
　該ベース部に対して間隔をあけて配置される可動部材と、
　前記ベース部と前記可動部材とを並列に接続する複数のアームとを備え、
　各該アームが、前記ベース部に設置されたモータによって回転駆動される駆動リンクと、該駆動リンクと前記可動部材とを連結する２本の平行な受動リンクと、各該受動リンクと前記駆動リンクとの間および各前記受動リンクと前記可動部材との間に配置されるボールジョイントと、各該ボールジョイントを前記駆動リンクまたは前記可動部材に着脱可能に取り付ける取付機構とを備え、
　各前記ボールジョイントが、ボールと、該ボールに一体的に設けられた固定部とを備え、
　各前記アームの各前記受動リンクと前記駆動リンクとの間および各前記受動リンクと前記可動部材との間の少なくとも一方の前記取付機構が、前記固定部に設けられた第１ネジ孔または第１貫通孔と、前記駆動リンクまたは前記可動部材に設けられた第２貫通孔または第２ネジ孔と、前記第１貫通孔を貫通して前記第２ネジ孔に締結、または、前記第２貫通孔を貫通して前記第１ネジ孔に締結されるネジ部材とを備えるパラレルリンクロボット。
　各前記アームの各前記受動リンクと前記駆動リンクとの間および各前記受動リンクと前記可動部材との間の少なくとも一方に配置される２個の前記ボールジョイントの前記固定部が一体的に構成されている請求項１に記載のパラレルリンクロボット。
　各前記アームの２本の前記受動リンク間に掛け渡され、２本の前記受動リンクを連結するサポートリンクを備え、
　該サポートリンクが、各前記受動リンクに、該受動リンクの長手軸に直交する軸線回りに回転可能に取り付けられている請求項１または請求項２に記載のパラレルリンクロボット。
　両端に前記ボールジョイントを取り付けた２本の前記受動リンクが、前記サポートリンクによって連結されたユニットとして、前記駆動リンクおよび前記可動部材に着脱可能に取り付けられている請求項３に記載のパラレルリンクロボット。